[发明专利]一种金刚石钻头的制备方法及其烧结装置

说明书

技术领域

本发明属于一种钻头制备方法及其烧结装置，具体涉及一种孕镶金刚石钻头的制备方法及其烧结装置。

背景技术

孕镶金刚石钻头是地质勘探必不可少的工具，工程需求量大。当前国内生产孕镶金刚石钻头的主要方法是粉末冶金法，其中主要工序环节包括有四步：即：配料装模、冷压成型、加热烧结和后序处理，其中“冷压成型”和“加热烧结”两个工艺环节分别使用独立的液压设备和中频感应加热设备进行，人工操作贯通工序全过程。

现有金刚石钻头制造工艺存在如下三点不足：一是钻头压烧制造过程中，冷压成型和加热烧结是分开进行的，工序繁杂，周期较长。二是冷压成型为单向刚性模压，压力固定不变，钻头胎体内部压力梯度大，钻头胎体密度提高受限，且不均匀。三是加热烧结为简单的中频感应加热，频率固定不可调，无法同时满足配方材料中的不同金属粉末的烧结温度要求，金刚石石墨化现象无法控制，导致钻头胎体烧结强度和质量也存在局限性。因此，现有钻头生产制造工艺效率不高，其质量受人工操作因素影响波动大，不够稳定。

CN102274972公开了“一种环状超薄金刚石钻头的制造方法”，该方法主要包括钢体制作、配混料、粉料填装、加热加压烧结、后续加工等工序。其中加热加压烧结采用高频焊机给模具加热，粉料直接烧结到钢体上。该方法将“压制成型”与“加热烧结”合二为一同时进行，减少了操作工序和制备时间，减轻了操作强度，但由于高频感应频率不可调，加热温度不能同时满足配制粉料中的不同金属粉末的烧结要求，制造出的钻头胎体固结度有限，在烧结过程中金刚石烧损严重。

CN101144370提供了一种“热压高磷铁基金刚石钻头的制备方法”， 该方法包括备料、配粉和混料、装模、热压烧结等工序，其中热压烧结采用中频电炉烧结。该方法采用热压工序，减少了操作工序和制备时间，减轻了操作强度，但由于热压过程为单向刚性施压，配制粉料中存在压力梯度，胎体的不同部位密度不均匀，制造出的钻头胎体固结度和使用寿命也极为有限。

为了提高金刚石钻头的生产效率和产品质量，本申请人曾尝试采用加大冷压成型压力，提高烧结设备的温控和精度等办法来改善钻头产品的质量，虽然产品质量有所提高，但仍存在生产周期延长，手工操作工序增多，产品质量不稳定等不足，综合效果不够理想。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种采用变中频烧结、双向振动施压、双轨温度和压力曲线控制工艺制备金刚石钻头的方法。

本发明的另一个目的是提供一种采用变中频烧结、双向振动施压、双轨曲线控制工艺制备金刚石钻头的专用烧结装置。

本发明的目的是这样实现的：一种金刚石钻头的制备方法，包括配料装模、热压烧结、保温退模和后续处理工序，其特征在于该制备方法热压烧结工序采用变中频烧结、双向振动施压和双轨温度和压力曲线控制，将预先配制的合金粉与金刚石按配比混合均匀得金属粉料，填装入模具置于变中频感应圈中，边加热边实施双向振动式加压烧结，其温度和压力实施双轨曲线控制，经保温退模后为半成品，再经后续处理得成品；

所述的配料装模工序：所述的合金粉与金刚石的配比为1:10～15；

所述的热压烧结工序：所述的热压振动烧结温度为400～950℃，压力为10～70KN，压头振动频率为700～1000次/分，振幅为4～9mm；

所述的保温退模工序：将热压烧结后的石墨模具置于珍珠岩沙石中，保温冷却至室温后退出模具；

所述的后续处理工序：脱模后的钻头无需机械加工开水口，直接打磨、抛光、喷漆、打标、包装即成金刚石钻头成品。

所述的热压烧结工序，包括如下步骤：

①将填装有金属粉料的石墨模具，置于作为中频电源发生器的输出部分的感应圈中、上下压头之间；

②将烧结装置设置为自动双向振动压制、自动变中频烧结程序，按工艺参数要求设置好各段温度与压力参数值，将控制曲线保存待执行；

③启动烧结装置，对石墨模具边加热边实施双向振动式加压，其温度和压力实施双轨曲线控制工艺，热压烧结温度480～840℃，压力12～65KN，压头振动频率800～900次/分，振幅5～8mm；

所述双轨温度和压力控制曲线之一为：温度从480℃～840℃斜率升高，到3分钟时升高到840℃，在3～7分钟内保温4分钟，在7～8.5分钟时间内斜率降温，到8.5分钟时，停止加热，油缸回程；压力从13kN～55kN斜率升高，到3分钟时升高到55kN，在3～8.5分钟时间内保压，到8.5分钟时油缸回程；